鐵電場效應晶體管（FeFET）在陡峭亞閾值擺幅（SS）負電容邏輯器件和非易失性存儲器方面的應用引起了研究人員的廣泛興趣。鐵電柵介質(zhì)引起的負電容效應,可以實現(xiàn)器件內(nèi)部柵壓放大,從而導致負電容場效應晶體管（NCFET）具有比傳統(tǒng)MOSFET更陡峭的SS。而FeFET存儲器件具有非易失、低功耗、讀寫速度快等優(yōu)異的存儲性能,是最具前景的新型存儲器件之一。2011年德國研究人員在摻雜氧化鉿（HfO₂）薄膜中發(fā)現(xiàn)了鐵電性,由于其制備工藝與CMOS完全兼容,而且可以在薄膜厚度很�。�<10 nm）的情況下展現(xiàn)穩(wěn)定的鐵電性,因此成為實現(xiàn)NCFET和FeFET存儲器件的理想鐵電材料。本論文詳細研究了鋯（Zr）組分以及退火溫度對氧化鉿摻Zr（HfZrO₂）薄膜鐵電性和NCFET器件電學性能的影響。在深入研究原子層沉積（ALD）HfZrO₂鐵電薄膜工藝基礎上,發(fā)明了一種新的鐵電材料結(jié)構(gòu)--非晶氧化鋁（Al₂O₃）薄膜中嵌入氧化鋯（ZrO₂）納米晶（NEI,Nanocryst... 

【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 摻雜HfO_2鐵電薄膜
        1.1.1 摻雜HfO_2鐵電產(chǎn)生機制
        1.1.2 摻雜HfO_2薄膜鐵電性能影響因素
        1.1.3 摻雜HfO_2薄膜局限性
    1.2 ZrO_2反鐵電薄膜
        1.2.1 ZrO_2反鐵電特性
        1.2.2 金屬/ZrO_2/半導體鐵電電容
    1.3 NCFET
    1.4 FeFET非易失性存儲器
        1.4.1 PCM
        1.4.2 MRAM
        1.4.3 RRAM
        1.4.4 FeFET存儲器
        1.4.5 HfO_2基FeFET的研究現(xiàn)狀和問題
    1.5 FeFET突觸
        1.5.1 FeFET突觸原理
        1.5.2 摻雜HfO_2 FeFET突觸
    1.6 本文研究目標和內(nèi)容安排
第二章 研究HZrO_2薄膜和NCFET
    2.1 HfZrO_2薄膜鐵電特性研究
        2.1.1 ALD沉積Hf_(1-x)Zr_xO_2薄膜
        2.1.2 Zr組分和退火溫度對HfZrO_2薄膜鐵電特性的影響
    2.2 HfZrO_2/Si (SiGe)界面能帶帶階研究
        2.2.1 不同Zr組分的HfZrO_2薄膜E_g
        2.2.2 Zr組分對HfZrO_2/Si界面能帶帶階的影響
        2.2.3 Hf_(0.52)Zr_(0.48)O_2/SiGe界面能帶帶階
    2.3 HfZrO_2鐵電柵介質(zhì)NCFET
        2.3.1 HfZrO_2 NCFET器件制備
        2.3.2 HfZrO_2 NCFET電學性能表征
        2.3.3 Hf_(0.52)Zr_(0.48)O_2 NCFET直流穩(wěn)定性
    2.4 本章小結(jié)
第三章 ZrO_2基NEI (Nanocrystal-Embedded-Insulator)鐵電/反鐵電薄膜
    3.1 ZrO_2基NEI鐵電/反鐵電薄膜制備
    3.2 TaN/NEI/Ge電容結(jié)構(gòu)鐵電特性
        3.2.1 ZrO_2基NEI電容P-V測試
        3.2.2 TaN/NEI/Ge PUND測試
    3.3 ZrO_2基NEI薄膜鐵電與反鐵電特性
        3.3.1 雙電容串聯(lián)法測試NEI薄膜P-V曲線
        3.3.2 單電容法測試TaN/NEI/Ge(SiGe)結(jié)構(gòu)P-V曲線
    3.4 本章小結(jié)
第四章 ZrO_2基 NEI 負電容場效應晶體管
    4.1 NEINCFET器件制備
    4.2 NEI Ge-NCFET電學性能表征
        4.2.1 3.6 nm NEI Ge-NCFET
        4.2.2 2.1 nm Ge-NCFET
    4.3 RTA溫度對NEINCFET電學特性的影響
    4.4 NEINCFET的直流穩(wěn)定性
    4.5 NEI NCFET溫度特性研究
    4.6 本章小結(jié)
第五章 NEIFeFET非易失性存儲器和突觸
    5.1 ZrO_2 NEI FeFET器件制備
    5.2 NEIFeFET非易失性存儲器
        5.2.1 直流特性表征
        5.2.2 脈沖特性表征
    5.3 NEIFeFET突觸器件
        5.3.1 NEIFeFET突觸變脈沖幅度測試
        5.3.2 NEIFeFET突觸固定脈沖幅度測試
        5.3.3 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡計算在線學習準確率
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)和展望
參考文獻
致謝
作者簡介



本文編號：3472453